Ingot dalam Produksi Baja: Peran Kunci dalam Proses Pembuatan Baja Primer

Definisi dan Konsep Dasar

Seorang Ingot adalah blok besar yang dicetak dari baja atau logam lainnya yang dihasilkan selama proses pemurnian logam primer. Ini berfungsi sebagai bentuk standar dari mana logam dapat diproses lebih lanjut, seperti digulung, ditempa, atau diekstrusi, untuk menghasilkan produk jadi atau setengah jadi.

Dalam rantai pembuatan baja, ingot biasanya merupakan bentuk padat awal yang diperoleh setelah tahap peleburan dan pencetakan primer. Mereka bertindak sebagai produk antara yang memfasilitasi penanganan, penyimpanan, dan transportasi sebelum pemrosesan lebih lanjut. Kualitas, ukuran, dan komposisi ingot secara langsung mempengaruhi efisiensi dan kualitas langkah-langkah pembuatan berikutnya.

Tujuan fundamental dari ingot adalah untuk mengkonsolidasikan baja cair menjadi bentuk yang dapat dikelola dan seragam yang mempertahankan komposisi kimia dan mikrostruktur. Ini menyediakan bentuk yang terkontrol untuk pekerjaan panas atau dingin berikutnya, memastikan konsistensi dalam produk baja akhir.

Proses pembuatan baja secara keseluruhan melibatkan peleburan bahan mentah (bijih besi, limbah, paduan), pemurnian kotoran, pencetakan menjadi ingot, dan kemudian mengubah ini menjadi berbagai produk jadi melalui penggulungan, penempaan, atau metode pembentukan lainnya. Ingot dengan demikian merupakan tautan penting antara tahap peleburan/pemurnian dan operasi pembentukan.

---

Desain dan Operasi Teknis

Teknologi Inti

Produksi ingot terutama melibatkan pencetakan terus-menerus atau batch dari baja cair ke dalam cetakan, diikuti oleh pendinginan yang terkontrol. Prinsip rekayasa inti bergantung pada termodinamika, transfer panas, dan aliran fluida untuk memastikan pendinginan yang seragam dan meminimalkan cacat.

Komponen teknologi kunci meliputi:

• Induktor atau Konverter: Menyediakan baja cair dengan komposisi kimia dan kontrol suhu yang tepat sebelum pencetakan.
• Mesin Pencetakan: Biasanya pencetak terus-menerus vertikal atau horizontal atau sistem pencetakan cetakan ingot tradisional.
• Cetakan: Wadah yang dilapisi refraktori yang membentuk baja cair selama pendinginan.
• Sistem Pendinginan: Semprotan air atau mekanisme pendinginan udara yang mengontrol laju pendinginan untuk mempengaruhi mikrostruktur.

Mekanisme operasi utama melibatkan menuangkan baja cair ke dalam cetakan, memulai pendinginan dari dinding cetakan ke dalam, dan mengelola penghilangan panas untuk menghasilkan ingot yang baik. Aliran material dari induktor ke dalam cetakan dikendalikan dengan hati-hati untuk mencegah turbulensi dan penangkapan kotoran.

Parameter Proses

Variabel proses kritis meliputi:

Parameter Kinerja	Rentang Tipikal	Faktor yang Mempengaruhi	Metode Kontrol
Suhu Tuang	1500°C – 1600°C	Jenis baja, kondisi tungku	Termokopel, pengontrol suhu
Suhu Cetakan	50°C – 150°C	Material cetakan, kecepatan pencetakan	Sensor inframerah, penyesuaian pendinginan
Laju Pendinginan	0.5°C/detik – 2°C/detik	Desain cetakan, kondisi lingkungan	Regulasi aliran air pendingin
Ukuran Ingot	Bervariasi (misalnya, 1m x 1.5m)	Metode pencetakan, aplikasi	Desain cetakan, parameter pencetakan

Parameter ini mempengaruhi mikrostruktur, kekuatan internal, dan kualitas permukaan ingot. Kontrol yang tepat memastikan segregasi, porositas, dan retakan minimal.

Sistem kontrol menggunakan sensor waktu nyata, umpan balik otomatis, dan pemodelan proses untuk mempertahankan kondisi optimal. Pemantauan mencakup sensor suhu, pengukur aliran, dan pengujian ultrasonik untuk mendeteksi cacat internal.

Konfigurasi Peralatan

Instalasi pencetakan ingot yang khas terdiri dari:

• Induktor dan Tundish: Mengangkut dan mengatur aliran baja cair ke dalam cetakan.
• Cetakan Pencetakan: Vertikal atau horizontal, terbuat dari material refraktori, dengan dimensi yang disesuaikan dengan ukuran ingot yang diinginkan.
• Sistem Pendinginan: Semprotan air atau pendinginan udara untuk mengontrol pendinginan.
• Mekanisme Osilasi Cetakan: Untuk memfasilitasi pelepasan cetakan dan mencegah lengket.
• Crane dan Peralatan Penanganan: Untuk memindahkan dan menumpuk ingot setelah pencetakan.

Variasi desain termasuk sistem pencetakan terus-menerus vertikal, yang menghasilkan billet atau slab secara langsung, dan pencetakan ingot tradisional, yang melibatkan cetakan statis. Seiring waktu, peralatan telah berkembang untuk menggabungkan otomatisasi, material refraktori yang lebih baik, dan teknik pendinginan yang canggih.

Sistem tambahan termasuk pelumasan cetakan, mekanisme getaran, dan perangkat pembersihan permukaan untuk meningkatkan kualitas permukaan dan mengurangi cacat.

---

Kimia Proses dan Metalurgi

Reaksi Kimia

Selama pencetakan, reaksi kimia utama melibatkan pengurangan kotoran dan elemen paduan. Komposisi baja cair disesuaikan di dalam induktor melalui penambahan ferroalloy, deoksidator, dan desulfurizer.

Reaksi kunci meliputi:

• Deoksidasi: Elemen seperti aluminium, silikon, atau mangan bereaksi dengan oksigen untuk membentuk oksida yang stabil, mengurangi oksigen terlarut dan mencegah porositas gas.

Contoh: 2Al + 3O → Al₂O₃ (inklusif oksida padat)

• Desulfurisasi: Penambahan kalsium atau magnesium untuk membentuk sulfida yang kurang berbahaya atau dapat dihilangkan.

Prinsip termodinamika mengatur reaksi ini, mendukung pembentukan fase oksida dan sulfida yang stabil pada suhu tinggi. Kinetika tergantung pada suhu, pencampuran, dan jumlah penambahan paduan.

Produk reaksi seperti terak, inklusi, dan gas mempengaruhi kualitas baja akhir. Kontrol yang tepat dari reaksi ini meminimalkan inklusi berbahaya dan meningkatkan kebersihan.

Transformasi Metalurgi

Perubahan metalurgi kunci selama pencetakan ingot meliputi:

• Pengembangan Mikrostruktur Pembekuan: Dari dinding cetakan ke dalam, baja bertransisi dari cair ke padat, membentuk struktur dendritik.

• Segregasi: Elemen seperti karbon, mangan, dan sulfur cenderung tersegregasi selama pembekuan, menyebabkan ketidakseragaman komposisi.

• Evolusi Mikrostruktur: Tergantung pada laju pendinginan, mikrostruktur ingot dapat terdiri dari ferrit, perlit, bainit, atau martensit, mempengaruhi sifat mekanik.

• Transformasi Fase: Perlakuan panas pasca-pencetakan dapat memodifikasi fase, mengurangi stres dan memperhalus mikrostruktur.

Transformasi ini mempengaruhi sifat seperti kekuatan, ketangguhan, ketahanan, dan kemampuan pengelasan.

Interaksi Material

Interaksi antara baja cair, terak, pelapisan refraktori, dan atmosfer sangat penting:

• Interaksi Terak-Baja: Komposisi terak mempengaruhi deoksid